Chuyên đề HÓA HỌC-XỬ LÝ NOx

Cơ chế của quá trình tạo thành NOx sớm cũng xảy ra ở nhiệt độ thấp vì thế để hạn chế sự tạo thành NOx sớm người ta sẽ tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên liệu –không khí... Phương pháp hấp

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NOX

Phan Nhân Thân Thái Thị Thủy

1 Giới thiệu chung về NOx

NOx là tên gọi chung của oxyde nitơ gồm các chất NO,

NO2 và N2O, N2O3, N2O4, N2O5

1.1 Nitơ IV Oxit – NO 2

1.1.2 Nitrơ Oxit – N 2 O

1.1.3 Nitơ monoxit  –NO

2 Nguồn gốc phát sinh NOx và ảnh hưởng  2.1 Nguồn gốc

2.1.1 Nguồn gốc tự nhiên

Oxit nitric được tạo ra trong cơn giông khi có sét

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

2.1.2 Nguồn gốc sinh học

2.1.3 Các nguồn công nghiệp

 NOx nhiệt

Được hình thành do sự đốt cháy của hỗn hợp oxi và nitơ ở khoảng 1600oC.Cơ chế hình thành NOx nhiệt với các phản ứng xảy ra như sau:

N2 +O.→ NO + N (1)

NO + N.→ N2 + O. (2)

NO + O. → N. +O2 (3)

N. + O2→ NO + O. (4)

N. + OH→ NO+H. (5)

NO+H.→ N. +OH (6)

 NOx nhiên liệu

Trong môi trường oxi hóa NCO tạo ra NO và CO

NCO. +OH.→NO+CO+H.

NCO.+O. →NO+CO

Cơ chế của quá trình tạo thành NOx sớm cũng xảy ra

ở nhiệt độ thấp vì thế để hạn chế sự tạo thành NOx sớm người ta sẽ tăng tốc độ nạp của hỗn hợp nhiên liệu –không khí

2.2 Ảnh hưởng của NOx

3 Tổng quan các phương pháp xử lý No x

3.1 Phương pháp hấp phụ

 Vật liệu làm chất hấp phụ: là vật liệu xốp với bề mặt bên

trong lớn, được tạo thành do tổng hợp nhân tạo hay tự nhiên

 Chất hấp phụ:

 Hiệu quả hấp phụ:

 NOx được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính.Tuy nhiên khi tiếp xúc với các oxit nitơ than có thể cháy và nổ.Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục hồi

có thể chuyển NOx thành NO

 Khả năng hấp phụ NOx của silicagel thấp hơn than hoạt tính nhưng nó bền cơ học, không cháy, cũng giống như than hoạt tính khi tái sinh có thể chuyển NOx thành NO

 Nhôm hoạt tính hấp phụ NOx với hiệu suất không cao và

độ bền cơ học kém

Yếu tố cơ bản xác định kinh tế của quá trình là lưu lượng oxi già (vào khoảng 6kg/tấn axit).

Để thúc đẩy quá trình có thể dùng chất xúc tác.Hiệu quả

xử lý có thể đạt 97%

3.2.2 Hấp thụ bằng kiềm

Người ta sử dụng nhiều dung dịch kiềm và muối khác nhau Hấp thụ hóa học NO2 bằng dung dịch Soda diễn ra theo phương trình phản ứng sau:

2NO2 + Na2CO3 = NaNO3 +CO2 + Q

3.2.3 Hấp thụ chọn lọc

Để hấp thụ NO khi không có O2 trong pha khí, có thể sử dụng các dung dịch FeSO4, FeCl2, Na2S2O2, NaHCO3

Phương trình phản ứng tạo thành các phức sau:

FeSO4 +NO <=>Fe(NO)SO4

FeCl2 + NO <=>Fe(NO)Cl2

2Na2S2O3 + 6NO = 3N2 + 2na2So4 + 2SO2

2NaHSO3 + 2NO = N2 + 2NaHSO4

2(NH2)2CO + 6NO = 5N2 + 4H2O + 2CO2

3.2.4 Phương pháp hấp thụ đồng thời SO 2 và NO x

Khí thải chứa SO2 và NOx sinh ra khi đốt nhiên liệu có lưu huỳnh Xử lý đồng thời SO2 và NOx được tiến hành bằng dung dịch kiềm Hiệu quả xử lý SO2 thường khoảng 90%, còn NOx là 70 – 90%

3.3 Xử lý NO X bằng phương pháp xúc tác và nhiệt

Bản chất của quá trình xúc tác là để làm sạch khí và thực hiện các tương tác hóa học nhằm chuyển hóa chất độc

thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặc biệt

3.3.1 Khử oxit nitơ có xúc tác và nhiệt độ cao

Quá trình diễn ra khi tiếp xúc NO x với khí khử trên bề mặt xúc tác

Chất khử là metan, khí tự nhiên, khí than hoặc khí dầu mỏ,

CO, H 2 hoặc hỗn hợp nitơ-hydro.

Hiệu quả khử NOx phụ thuộc hoạt tính của xúc tác Xúc tác trên cơ sở platin kim loại khi vận tốc thể tích của khí (2- 12)x10 4 l/h cho phép đạt nồng độ còn lại trong khí của NO x 5x10 -4 – 5x10 -2 % thể tích.

 Bản chất quá trình khử được biểu diễn bằng các phản ứng sau:

4NO + CH4 → 2N2 + CO2 + 2H2O

2NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2H2O

2NO + 2CO → N2 + 2CO2

2NO2 + 4CO → N2 +4CO2

Trên thực tế thường sử dụng khí tự nhiên do dễ kiếm

và rẻ

Phương pháp này được ứng dụng để khử NOx trong sản xuất axit nitric, khí thỉ chứa (% thể tích): NOx – 0,05÷0,1,

N2 – 96,0÷96,2, O2 – 2,2÷3,0.

3.3.3 Phân hủy NO x bằng chất khử dị thể

Ở nhiệt độ 500 – 1.300oC sự phân hủy NOx có thể diễn ra trên vật liệu rắn có chứa cacbon như than, than cốc, grafit Các bon đóng vai trò xúc tác và nhiên liệu

C +NO → (C – 0) + 0,5N2

(C – O) + NO → CO2 +0,5N2

Ở nhiệt độ 800oC độ chuyển hóa của NOX khi dùng than cốc là 96% và ở 1000oC tiến đến gần 100%

3.3.4 Phân hủy NO x bằng chất khử đồng thể và dị thể không có xúc tác

Ở nhiệt độ 30 – 40oC diễn ra các phản ứng tỏa nhiệt sau:

 Sử dụng cacbanic ở dạng dung dịch với nước hoặc trong axit HNO3, H2PO4, H3PO4 làm giảm nhiệt độ phân hủy Tuy nhiên, vận tốc không lớn và hiệu quả làm sạch không quá 80%.

 Sử dụng dung dịch nước – cacbanic:

NO2 + H2O → HNO3 +HNO2

2HNO2 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 3H2O

N2O3 + CO(NH2)2 → 2N2 + CO2 + 2H2O

 Sử dụng dung dịch axit nitric – cacbanit

NO + NO 2 + HNO 3 + 2CO(NH 2 ) 2 → 2N 2 + NH 4 NO 3 + 2CO + H 2 O

Cacbanit được dùng ở dạng bột hoặc hạt, phủ lên các chất mang xốp hay được ép cùng với nó.Hiệu quả xử lý NO x có thể đạt 85 – 99% và lớn hơn.

3.4 công nghệ xử lý NOx SCR với SNCR

Đều khử NOx bằng các hợp chất mà trong đó nito mang hóa trị

âm như ammoniac, đạm ure,…

• Lợi dụng nhiệt độ cao của khí thải hoặc nhiệt độ ngay trong lò đốt để khử NOx

• Nhiệt độ phản ứng >800 0 C

• Sử dụng chất xúc tác để giảm nhiệt độ phản ứng khử NOx về N2

• Khi có mặt chất xúc tác, nhiệt độ phản ứng sẽ xảy ra trong khoảng 180 – 450 độ C

• Các chất xúc tác thường sử dụng là: V2O5, zeolit mang kim loại, TiO2, hỗn hợp oxit kim loại chuyển tiếp…

  6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 2H2O

6 NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O 2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O Đặc điểm

 

Chi phí đầu tư và vận hành thấp nhưng hiệu quả lại không cao

• Không phát sinh sp phụ cần phải xử lý

• Kết cấu đơn giản, dễ lắp đặt

• Chi phí thấp

• Khử được 80% NOx với tỷ lệ

NH3/NOx là 0,81 – 0,82  

Quy trình • B1: Khử NOx ở nhiệt độ cao

• B2: Trao đổi nhiệt

• B3: Tách bụi thô

• B4: XL cuối cùng để tách nốt bụi nhỏ và khí độc khác

• B1: Trao đổi và ổn định nhiệt

• B2: Trộn khí

• B3: Oxi hóa khử có xúc tác tại tháp xúc tác có chọn lọc

• B4: điều hòa và thải  

3.5 Sơ đồ công nghệ SCR và SNCR 3.5.1 Sơ đồ công nghệ SNCR

3.5.2 Sơ đồ công nghệ SCR